CN102918242A - 内燃机的燃料喷射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及内燃机的燃料喷射装置，目的在于提供一种在同时进行进气口喷射与缸内喷射的情况下，能够把握未助燃燃料量的内燃机的燃料喷射装置。只要知道任意循环时的爆发次数以及冷却水温，就能够将爆发次数以及冷却水温应用于第1、第2映射，来分别求出进气口喷射为100％时的未助燃燃料以及缸内喷射为100％时的未助燃燃料。并且，通过对求出的这些未助燃燃料乘以该未助燃燃料的喷射时的喷射分配率，能够分别求出加入了喷射分配率的未助燃燃料。最后，通过将它们相加能够计算未助燃燃料需求值。

Description

内燃机的燃料喷射装置
技术领域
本发明涉及内燃机的燃料喷射装置，详细而言，涉及具备向内燃机的进气口内喷射燃料的进气口喷射器和向内燃机的气缸内直接喷射燃料的缸内喷射器的所谓双重（dual）喷射型内燃机的喷射装置。
背景技术
以往，已知一种以气缸为单位具备向内燃机的进气口内喷射燃料的进气口喷射器和向气缸内直接喷射燃料的缸内喷射器的、所谓双重喷射型内燃机的喷射装置。双重喷射型内燃机的喷射装置能够根据内燃机的运转状态，切换使用进气口喷射器与缸内喷射器、或将它们并用。因此，根据内燃机的运转状态，改变从进气口喷射器的喷射（以下还称为“进气口喷射”。）和从缸内喷射器的喷射（以下还称为“缸内喷射”。）之间的喷射分担比例，能够实现燃油效率的提高和输出特性的提高。
作为这样的燃料喷射装置，例如，在专利文献1中公开了一种在发动机起动开始后进行进气口喷射，之后同时进行进气口喷射与缸内喷射的装置。在发动机起动开始后，由于存在向缸内喷射器供给的燃料压力的提升不充分的情况，所以基于缸内喷射的燃料雾化未被促进，从而存在燃料附着于缸内壁的可能性。因此，在该燃料喷射装置中，在发动机起动开始后，直到基于缸内喷射的燃料雾化成为可能为止仅进行进气口喷射。
另外，在该燃料喷射装置中，在开始缸内喷射时，推算到目前为止附着在进气口内的燃料量。推算附着在进气口内的燃料量是由于：在发动机起动开始后，因暖机不充分而导致基于进气口喷射的燃料不气化而附着在进气口内，结果导致存在实际燃烧的燃料量比进气口喷射的燃料量少的可能性。
专利文献1：日本特开2006-226151号公报；
专利文献2：日本特开平11-223145号公报；
专利文献3：日本特开平11-223146号公报。
发明内容
在上述专利文献中，附着在进气口内的燃料伴随着发动机暖机而蒸发并流入燃烧室内有助于燃烧。因此，为了进行更高精度的燃料喷射控制，希望不仅可以推算附着于进气口内的燃料量，还能够推算出蒸发的燃料量。
然而，在喷射燃料中，包含与这样有助于燃烧的燃料不同的、完全未参与燃烧的燃料（以下也称为“未助燃燃料”。）。例如，在以下情况下，即：（i）液状燃料附着于缸径，若温度低则不产生蒸发而被活塞运动刮落并被排除到曲轴箱的情况，（ii）由于液相燃烧，液状燃料不与氧接触而加热分解，以碳的状态被排出的情况，（iii）液状燃料直接被排出的情况下，喷射燃料成为未助燃燃料。
通过考虑未助燃燃料量，能够弥补喷射燃料量的不足，因此能够实现更加高精度的燃料喷射控制。然而，在以上述专利文献1为代表的各种文献中均未着眼于该未助燃燃料。
本发明是为了解决上述那样的课题而提出的，目的在于提供一种在同时进行进气口喷射与缸内喷射的情况下，能够把握未助燃燃料量的内燃机的燃料喷射装置。
第1发明为了实现上述的目的，提供一种内燃机的燃料喷射装置，其特征在于，具备：进气口喷射器，其向内燃机的进气口内喷射燃料；缸内喷射器，其向所述内燃机的气缸内直接喷射燃料；按每一循环计算用于实现目标空燃比所需的燃料喷射量的单元；按每一循环设定在所述进气口喷射器与所述缸内喷射器之间分开喷射的燃料的喷射分配率的单元；取得与所述内燃机的温度相关的规定参数的单元；将一个循环中喷射的燃料中的未参与燃烧的未助燃燃料的比例与和内燃机的温度相关的规定参数以及在进气口喷射器与缸内喷射器之间分开喷射的燃料的喷射分配率建立关联的模型；以及选定与设定的所述喷射分配率对应的所述关系映射，对选定的所述关系映射应用所述规定参数来计算所述未助燃燃料的比例，对计算出的所述未助燃燃料应用所述燃料喷射量来计算所述未助燃燃料的量的单元。
另外，第2发明的特征在于，在第1发明的基础上，所述模型具备：第1映射，决定在仅从所述进气口喷射器喷射了燃料的情况下，一个循环中喷射的燃料中的未参与燃烧的未助燃燃料的比例、与和内燃机的温度相关的第1参数的关系；第2映射，决定在仅从所述缸内喷射器喷射了燃料的情况下，一个循环中喷射的燃料中的未参与燃烧的未助燃燃料的比例、与和内燃机的温度相关的第2参数的关系；对所述第1映射应用所述第1参数计算未助燃燃料的比例，将计算出的未助燃燃料的比例与所述喷射分配率相乘，来计算作为来自进气口喷射器的未助燃燃料的比例的第1未助燃比例的单元；对所述第2映射应用所述第2参数计算未助燃燃料的比例，将计算出的未助燃燃料的比例与（1-所述喷射分配率）相乘，来计算作为来自缸内喷射器的未助燃燃料的比例的第2未助燃比例的单元；和将所述第1未助燃比例与所述第2未助燃比例相加的单元。
另外，第3发明的特征在于，在第2发明的基础上，所述第1参数为内燃机的爆发次数。
此外，第4发明的特征在于，在第2发明的基础上，所述第2参数为内燃机的冷却水温。
根据第1发明，能够将燃料的喷射分配率和与内燃机的温度相关的规定参数应用于模型。该模型将未助燃燃料的比例与所述规定参数和燃料的喷射分配率建立关联。因此，只要将燃料的喷射分配率与所述规定参数应用于模型，就能够求出未助燃燃料的比例。并且，只要将求出的未助燃燃料的比例应用于所述燃料喷射量，就能计算未助燃燃料的量。因此，能够根据燃料的喷射分配率、规定参数简易地计算未助燃燃料量。
根据所述映射，通过对第1映射应用第1参数，并进一步乘以喷射分配率，能够计算出第1未助燃比例。另外，通过对第2映射应用第2参数，并乘以（1-喷射分配率），能够计算出第2未助燃比例。另外，能够将第1未助燃比例与第2未助燃比例相加。通过将第1未助燃比例与第2未助燃比例相加，能够计算总喷射量中的未助燃燃料的比例。这样，根据第2发明，能够简易地求出同时进行进气口喷射与缸内喷射的情况下的未助燃燃料的比例。
根据第3发明，能够使用内燃机的爆发次数作为所述第1映射的规定参数。内燃机的爆发次数与进气阀的温度相关，进气阀的温度与进气口的温度相关。因此，只要使用内燃机的爆发次数，就能够准确地求出未助燃燃料的比例。
根据第4发明，能够使用内燃机的冷却水温作为所述第2映射的规定参数。内燃机的冷却水温与气缸内的温度相关。因此，只要使用内燃机的冷却水温，就能够准确地求出未助燃燃料的比例。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的内燃机的燃料喷射装置的构成的框图。
图2是表示将进气口喷射设为100％，并使内燃机转速NE以及负荷KL变化的情况下的、内燃机的爆发次数[次]与未助燃燃料[倍]的关系的图。
图3是表示本发明的第1映射的图。
图4是表示将缸内喷射设为100％，并使内燃机转速NE以及负荷KL变化的情况下的、内燃机的冷却水温[℃]与未助燃燃料[倍]的关系的图。
图5是表示本发明的第2映射的图。
图6是示意性表示未助燃燃料需求值的具体计算方法的图。
图7是表示同时进行进气口喷射与缸内喷射时的冷却水温[℃]与未助燃燃料[倍]的关系的图。
图8是表示同时进行进气口喷射与缸内喷射时的冷却水温[℃]与未助燃燃料[倍]的关系的图。
图中符号说明：
10…进气口喷射器；12…缸内喷射器；14…曲轴角传感器；16…冷却水温传感器；18…加速器开度传感器；20…ECU；22…空气量计算部；24…空燃比设定部；26…燃料计算部；28…喷射分配率设定部；30…未助燃燃料计算部。
具体实施方式
以下，参照图1至图8的各图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本发明的实施方式的内燃机的燃料喷射装置的构成的框图。本实施方式的燃料喷射装置是车辆安装用的燃料喷射装置，其构成为所谓双重喷射型内燃机的燃料喷射装置，该双重喷射型内燃机的燃料喷射装置设定作为目标的排气空燃比（以下也称为“目标空燃比”），以实现该目标空燃比那样的燃料量来进行进气口喷射以及／或者缸内喷射。
本实施方式的燃料喷射装置具备设置于内燃机的进气通路，向进气通路（进气口）内喷射燃料的进气口喷射器10。另外，本实施方式的燃料喷射装置具备向内燃机的各气缸内直接喷射燃料的缸内喷射器12。进气口喷射器10和缸内喷射器12与ECU（Electronic Control Unit）20的输出侧电连接，分别基于从ECU20输出的输出信号而被控制。
另一方面，输出与内燃机的曲轴的旋转同步的信号的曲轴角传感器14与ECU20的输入侧连接。ECU20基于曲轴角传感器14的输出能够检测内燃机转速NE。另外，输出根据内燃机的冷却水温的信号的水温传感器16和输出加速器开度信号的加速器开度传感器18与ECU20的输入侧连接。
另外，本实施方式的燃料喷射装置在ECU20内具备空气量计算部22、空燃比设定部24、燃料计算部26、喷射分配率设定部28以及未助燃燃料计算部30。
来自加速器开度传感器18的加速器开度信号被输入ECU20内的空气量计算部22。加速器开度信号是反映驾驶员的加速器操作的信号，包含驾驶员的扭矩需求。空气量计算部22设定满足该扭矩需求的目标扭矩，并将该目标扭矩转换成目标空气量。
ECU20内的空燃比设定部24设定目标空燃比。目标空燃比根据对内燃机的各种需求的不同而变动，通常设定为理论空燃比（＝14.7）。ECU20内的燃料计算部26使用从空气量计算部22取得的目标空气量、和从空燃比设定部24取得的目标空燃比，计算用于实现目标空燃比所需的燃料量（以下也称为“需求燃料量”。）。例如，在目标空燃比被设定为理论空燃比的情况下，燃料计算部26将用目标空气量除以14.7后的值作为需求燃料量算出。
燃料计算部26计算出的需求燃料量被输入ECU20内的喷射分配率设定部28。在喷射分配率设定部28中保存有公知的模型或者映射，喷射分配率设定部28例如根据内燃机的运转状态（内燃机转速以及负荷），设定从进气口喷射器10和缸内喷射器12喷射的燃料的喷射分配率（以下也简单称为“喷射分配率”。）。
另外，如已经说明的那样，在喷射燃料中包含完全未参与燃烧的燃料（以下也称为“未助燃燃料”。）。在包含未助燃燃料的情况下，内燃机的1个循环（进气行程、压缩行程、爆发行程以及排气行程）中实际有助于燃烧的燃料量比上述的需求燃料量少。因此，在包含未助燃燃料的情况下，排气空燃比与目标空燃比相比，燃料成为稀空燃比。
因此，本实施方式中，在ECU20内的未助燃燃料计算部30计算未助燃燃料量的修正值（以下也称为“未助燃燃料需求值”。）。曲轴角传感器14以及水温传感器16的输出值被输入未助燃燃料计算部30。未助燃燃料计算部30使用这些输入值、和存储在未助燃燃料计算部30中的第1、第2映射来计算未助燃燃料需求值。并且，未助燃燃料计算部30将计算出的未助燃燃料需求值输入喷射分配率设定部28。由此，在对需求燃料量加进未助燃燃料量的修正的基础上，能够进行进气口喷射以及缸内喷射。
（第1映射）
这里，对储存在未助燃燃料计算部30中的第1、第2映射进行说明。首先，对第1映射进行说明。图2是表示将进气口喷射设为100％，使内燃机转速NE以及负荷KL变化的情况下的、内燃机的爆发次数[次]与未助燃燃料[倍]的关系的图。
上述关系图是通过在将负荷设为恒定值kl，使内燃机转速从零变化至规定的转速ne时，取得未助燃燃料而作成的。其中，在图2中，将从零到规定的转速ne的内燃机转速的累计值用作爆发次数。另外，在图2中，用将喷射的燃料的全部均未参与燃烧的情况下的燃料量设为基准（＝1.0）的相对比进行表示。即、在燃烧了喷射燃料的一半的情况下，未助燃燃料为0.5，在喷射燃料全部燃烧的情况下，未助燃燃料为0。
在图2中，（A）示出了（ne，kl）＝（1200，40）的情况，（B）示出了（ne，kl）＝（2400，20）的情况，（C）示出了（ne，kl）＝（2400，40）的情况。如图2所示，未助燃燃料相对于爆发次数的变化的推移在（A）～（C）间几乎等同。因此，可知即便使发动机转速NE以及负荷KL变化，爆发次数与未助燃燃料的关系也不会产生大的差异。
从而，在将进气口喷射设为100％的情况下，内燃机的爆发次数与未助燃燃料的关系可表现为图3的特性曲线。其原因如下。即、附着在进气口内的燃料是否变化为未助燃燃料与进气口内的温度相关。另外，进气口内的温度与进气阀的温度相关。另外，进气阀的温度与内燃机的爆发次数相关。因此，内燃机的爆发次数与未助燃燃料具有相关性，所以其不取决于内燃机的运转状态而可表现为一个特性曲线。在本发明中将该图3的特性曲线设为第1映射。
（第2映射）
接下来，对第2映射进行说明。图4是表示在将缸内喷射设为100％，使内燃机转速NE以及负荷KL变化的情况下的、内燃机的冷却水温[℃]与未助燃燃料[倍]的关系的图。该关系图与图2的作成时相同、是通过将负荷设为恒定值kl，在使内燃机转速从零变化至规定的转速ne时，取得未助燃燃料而作成的。
在图4中，（A）示出（ne，kl）＝（1200，40）的情况，（B）示出（ne，kl）＝（2400，20）的情况，（C）示出（ne，kl）＝（2400，40）的情况。如图4所示，未助燃燃料相对于冷却水温的变化的推移在（A）～（C）间几乎等同。因此，可知即便使内燃机转速NE以及负荷KL变化，冷却水温与未助燃燃料的关系也不会产生大的差异。
从而，在将缸内喷射设为100％的情况下，内燃机的冷却水温与未助燃燃料的关系可表现为图5的特性曲线。其原因如下，即：附着于缸内的燃料是否变化为未助燃燃料与缸内壁的温度相关，缸内壁的温度可表现为冷却水温＋α。因此，冷却水温与未助燃燃料具有相关性，所以其不取决于内燃机的运转状态而能够表现为一个特性曲线。在本发明中将图5的特性曲线设为第2映射。
（未助燃燃料需求值的计算）
接着，对未助燃燃料计算部30中的未助燃燃料需求值的具体计算方法进行说明。未助燃燃料计算部30通过将爆发次数以及冷却水温应用于上述第1、第2映射，计算同时进行进气口喷射与缸内喷射时的未助燃燃料需求值（下式（1））。
未助燃燃料需求值＝（进气口喷射100％时的未助燃燃料×喷射分配率）+（缸内喷射100％时的未助燃燃料×（1-喷射分配率））···（1）
即、只要能够取得任意的循环时的爆发次数以及冷却水温，就能够将它们应用于第1、第2映射来分别求出进气口喷射100％时的未助燃燃料以及缸内喷射100％时的未助燃燃料。并且，根据上式（1），通过对这些未助燃燃料乘以该未助燃燃料的喷射时的喷射分配率，能够分别求出加入了喷射分配率的未助燃燃料。最后，通过对它们进行加法计算，能够计算出未助燃燃料需求值。
这样，在未助燃燃料计算部30中，使用上式（1）并根据喷射分配率计算未助燃燃料需求值。因此，即使在进行缓缓改变喷射分配率那样的燃料喷射的情况下，也能够简易且高精度地计算未助燃燃料需求值。
图6是示意性表示未助燃燃料需求值的具体计算方法的图。如上述那样，在未助燃燃料计算部30中存储有第1映射（图6（A））以及第2映射（图6（B））。另外，曲轴角传感器14以及水温传感器16的输出值被输入未助燃燃料计算部30。因此，由于能够取得任意的循环时的爆发次数以及冷却水温，所以能够分别求出进气口喷射以及缸内喷射的未助燃燃料。并且，通过对这些未助燃燃料分别乘以喷射分配率，能够求出加入了喷射分配率的未助燃燃料（图6（C））。
以上，根据本实施方式，使用上式（1），能够根据喷射分配率计算未助燃燃料需求值。只要能够计算出未助燃燃料需求值，就能够在对需求燃料量加进未助燃燃料量的修正后，进行进气口喷射以及缸内喷射。因此，能够良好地抑制排气空燃比与目标空燃比相比燃料成为稀空燃比的情况。
另外，根据本实施方式，能够分别算出未助燃燃料需求值和需求燃料量。在未助燃燃料需求值未被与需求燃料量分开的情况下，每当需求燃料量变化时，就必须重新进行未助燃燃料需求值的匹配。对于该点，根据本实施方式，即使在目标空气量、目标空燃比被变更，需求燃料量变化的情况下，也能够计算未助燃燃料需求值，因此无需重新匹配。因此，能够简易地对需求燃料量加进未助燃燃料的修正。
此外，在上述实施方式中，在求出未助燃燃料需求值时，将爆发次数以及冷却水温分别应用于第1映射以及第2映射，分别求出未助燃燃料后，乘以喷射分配率。然而，第1、第2映射是分别基于爆发次数、冷却水温这样的均与温度相关的参数制作而成的。因此，可以通过将它们共用的规定参数应用于一个特性映射来求出未助燃燃料需求值。
具体而言，在ECU20内预先存储有按喷射分配率制作的多个特性映射。这些特性映射决定了爆发次数、冷却水温共用的规定参数与未助燃燃料的关系。
将这些特性映射存储在ECU20内的情况下的、未助燃燃料需求值的计算方法如下。首先，取得任意的循环时的规定参数和喷射分配率。只要能够取得喷射分配率，就能够从多个特性映射中确定一个特性映射。并且，如果对确定出的特性映射应用规定参数，就能够求出未助燃燃料的比例。因此，只要预先在ECU20内储存按喷射分配率制作的多个特性映射，就能够不依赖于上述实施方式的方法而求出未助燃燃料需求值。即、对第1、第2映射应用爆发次数以及冷却水温，无需进一步乘以喷射分配率，就能够求出未助燃燃料需求值。
作为上述规定的参数，使用图7以及图8对使用冷却水温的情况进行说明。图7以及图8是表示同时进行进气口喷射与缸内喷射的情况下的冷却水温[℃]与未助燃燃料[倍]的关系的图。图7是示出喷射分配率为0.25的情况下的上述关系的图，图8是示出喷射分配率为0.5的情况下的上述关系的图。在图7以及图8中，分别示出实际的测量结果（图7（A）以及图8（A））、与其比较的计算结果（图7（B）以及图8（B））。
如图7以及图8所示，实际测量结果（图7（A）以及图8（A））与计算结果（图7（B）以及图8（B））几乎等同。由此，通过预先按喷射分配率准备决定了冷却水温与未助燃燃料的关系的映射，能够更迅速地求出未助燃燃料需求值。

Claims (4)

1.一种内燃机的控制装置，其特征在于，具备：
进气口喷射器，其向内燃机的进气口内喷射燃料；
缸内喷射器，其向所述内燃机的气缸内直接喷射燃料；
按每一循环计算为了实现目标空燃比所需的燃料喷射量的单元；
按每一循环设定所述进气口喷射器与所述缸内喷射器分开喷射的燃料的喷射分配率的单元；
取得与所述内燃机的温度相关的规定参数的单元；
将一个循环中喷射的燃料中的未参与燃烧的未助燃燃料的比例与和内燃机的温度相关的规定参数以及进气口喷射器与缸内喷射器分开喷射的燃料的喷射分配率建立关联的模型；和
选定与设定的所述喷射分配率对应的所述关系映射，对选定的所述关系映射应用所述规定参数来计算所述未助燃燃料的比例，并对计算出的所述未助燃燃料应用所述燃料喷射量来计算所述未助燃燃料的量的单元。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述模型具备：
第1映射，决定在仅从所述进气口喷射器喷射了燃料的情况下，一个循环中喷射的燃料中的未参与燃烧的未助燃燃料的比例与和内燃机的温度相关的第1参数的关系；
第2映射，决定在仅从所述缸内喷射器喷射了燃料的情况下，一个循环中喷射的燃料中的未参与燃烧的未助燃燃料的比例与和内燃机的温度相关的第2参数的关系；
对所述第1映射应用所述第1参数来计算未助燃燃料的比例，并将计算出的未助燃燃料的比例与所述喷射分配率相乘来计算第1未助燃比例的单元，该第1未助燃比例是来自进气口喷射器的未助燃燃料的比例；
对所述第2映射应用所述第2参数来计算未助燃燃料的比例，并将计算出的未助燃燃料的比例与（1-所述喷射分配率）相乘来计算第2未助燃比例的单元，该第2未助燃比例是来自缸内喷射器的未助燃燃料的比例；和
将所述第1未助燃比例与所述第2未助燃比例相加的单元。
3.根据权利要求2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述第1映射所使用的所述规定参数是内燃机的爆发次数。
4.根据权利要求2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述第2映射所使用的所述规定参数是内燃机的冷却水温。
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